Результат интеллектуальной деятельности: ПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ИМПУЛЬСНОЙ РЛС

Изобретение относится к передающим устройствам радиоэлектронной аппаратуры, преимущественно радиолокационных станций (РЛС), и может быть использовано для формирования последовательности радиоимпульсов высокой частоты требуемого уровня мощности.

Известны высокочастотные передающие устройства (ПУ), используемые в телевидении и связи и описанные в учебно-технической литературе [1, стр.160-168].

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по назначению является принятый за прототип «Радиолокационный высокочастотный твердотельный монопередатчик среднего уровня мощности» [2]. Это передающее устройство содержит последовательно соединенные возбудитель, дискретный аттенюатор, предварительный усилитель, развязывающее устройство, второй дискретный аттенюатор, четырех- или шестиканальный делитель мощности, четыре или шесть блоков усилителей мощности, каждый из которых через развязывающее устройство соединен с одним из входов четырех- или шестиканального сумматора, выход которого является выходом устройства. При этом каждый блок усилителей мощности состоит из четырехканального делителя, четырех усилителей и четырехканального сумматора мощности.

Наиболее существенным недостатком такого передатчика является работа его активных элементов без начального смещения в режиме класса С, когда угол отсечки коллекторного (стокового) тока сильно зависит от подводимой к активному элементу ВЧ мощности. Это затрудняет установку оптимального угла отсечки на многих активных элементах, приводит к необходимости введения в схему дискретных аттенюаторов для установки начального распределения уровней усиливаемых сигналов между каскадами, повышает требования к стабильности источников электропитания и рабочих температур, ухудшает спектральные характеристики выходного сигнала, ограничивает номенклатуру используемых активных элементов и количество каналов как всего передающего устройства, так и блока усилителя мощности.

Примененные в прототипе синфазные делители-сумматоры требуют введения в схему развязывающих устройств между каскадами, что снижает полосу усиливаемых частот, КПД, эксплуатационную надежность и экономичность.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность построения экономичных передающих устройств импульсных РЛС разного уровня мощности (ее регулирование и модулирование) с использованием широкой номенклатуры активных элементов и режимов их работы, имеющих высокие значения КПД, малые нелинейные искажения, простоту реализации и повышенную эксплуатационную надежность.

Для достижения указанного результата в известном передающем устройстве (ПУ), содержащем возбудитель, делитель входной мощности, блоки усилителей мощности и сумматор выходной мощности, причем блок усилителей мощности состоит из делителя, усилителей и сумматора мощности, количество каналов усиления равно N, где N≥2, количество каналов в блоке усилителей мощности равно К, где К≥2, в каждый блок усилителей мощности введен модулятор, нагруженный на К резистивных делителей, и устройство защиты, а все делители и сумматоры мощности выполнены на основе последовательно или бинарно соединенных направленных ответвителей каскадного типа и являются квадратурными мостами деления и сложения соответственно.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого ПУ, где введены следующие обозначения:

1 - возбудитель;

2 - делитель входной мощности (ДВМ);

3 - блок усилителей мощности (БУМ);

4 - сумматор выходной мощности (СВМ);

5 - делитель входной мощности БУМ (ДМ);

6 - усилитель мощности БУМ (УМ);

7 - сумматор выходной мощности БУМ (СМ);

8 - модулятор;

9 - резистивные делители;

10 - устройство защиты (УЗ).

На чертеже не показаны источники электропитания ТПУ.

Предлагаемое ПУ содержит возбудитель 1, N-канальный делитель входной мощности ДВМ 2, N блоков усиления мощности БУМ 3, N-канальный сумматор выходной мощности СВМ 4, K-канальные делители входной мощности ДМ 5, усилители мощности УМ 6, K-канальные сумматоры выходной мощности СМ 7, модуляторы 8, резистивные делители 9 и устройства защиты 10. Вход возбудителя подключен к синхронизатору РЛС, а выход - к входу ДВМ 2, каждый из N выходов которого соединен с входом ДМ 5 соответствующего БУМ 3, каждый из К выходов которого соединен с первым входом соответствующего УМ 6. Вторые входы УМ 6 через соответствующие резистивные делители 9 соединены с выходами модуляторов 8, первые входы которых подключены к синхронизатору РЛС, а вторые - к выходам УЗ 10. Выходы УМ 6 соединены с соответствующими входами СМ 7, первые выходы СМ 7 всех N БУМ 3 соединены с соответствующими входами СВМ 4, а вторые выходы СМ 7 с входами У 310, выход СВМ 4 является выходом ПУ.

Возбудитель 1 выполнен в соответствии с требованиями к стабильности частоты передающих устройств когерентных доплеровских РЛС и рекомендациями, указанными в технической литературе [1 (стр.326-368), 2].

Усилитель мощности 6 может быть выполнен на обычных или балансных транзисторах по квадратурным или двухтактным схемам [1, стр.104-106].

Делители ДВМ 2, ДМ 5 и сумматоры СМ 7, СВМ 4 выполнены на основе последовательно или бинарно соединенных направленных ответвителей каскадного типа и являются квадратурными мостами деления и сложения мощности, соответственно [1, стр.271-283].

Устройство защиты УС 10 состоит из детектора и порогового устройства.

Модулятор представляет собой ключевую схему, объединенную с логическим устройством.

ПУ работает следующим образом. С синхронизатора РЛС подается запускающий импульс на входы модуляторов 8, опережающий на некоторое время импульс на входе возбудителя 1. Модуляторы 8 вырабатывают импульсы прямоугольной формы с длительностью большей, чем радиоимпульсный сигнал, сформированный возбудителем. Импульсы с выходов модуляторов 8 через резистивные делители 9 поступают на вторые входы каждого УМ 6. Резистивными делителями 9 устанавливается начальное смещение, которое определяет режим работы каждого активного элемента (транзистора) в УМ 6, например режим класса АВ. В этом режиме обеспечиваются малые нелинейные искажения усиливаемых радиоимпульсных сигналов, расширяется динамический диапазон их усиления по мощности, появляется возможность регулирования выходной мощности ПУ путем изменения уровня сигнала маломощного усилителя в возбудителе.

Радиоимпульсный сигнал с возбудителя 1 проходит через делители мощности 2 и 5 и поступает на первые входы УМ 6, «подготовленных» к усилению в заданном режиме.

СМ 7 суммируют выходные мощности УМ 6 каждого БУМ 3, выходные мощности которых суммируются в СВМ 4.

Делители 2, 5 и сумматоры 7, 4 осуществляют «развязку» между усилителями УМ 6, а также между возбудителем 1 и БУМ 3 и подавляют «эхо-сигналы» в ВЧ трактах передающего устройства. При превышении «эхо-сигнала» на выходе БУМ 3 некоторого порогового значения срабатывает устройство защиты. Сигналом для устройства защиты является радиоимпульс, появляющийся на балластных резисторах СМ 7 при сильных отражениях, вызванных неисправностями. Этот радиоимпульс детектируется и поступает на пороговое устройство, которое выключает модулятор 8. При этом усиление в соответствующем БУМ 3 резко уменьшится, что препятствует выходу из строя активных элементов в УМ.

В предлагаемом ПУ выходная мощность может достигать любых заданных величин (ограничивается коэффициентами усиления активных элементов) благодаря тому, что количество каналов N и К практически не ограничено. Как указано в литературе [1, стр.162], надежность ПУ увеличивается при увеличении N и К и соблюдении условия К>N.

Таким образом, благодаря введению в каждый БУМ модулятора с резистивными делителями и устройства защиты, использованию квадратурных мостовых схем в делителях и сумматорах мощности и практически неограниченного количества каналов в ПУ и БУМ с соответствующими связями, предлагаемое изобретение позволяет создать экономичное передающее устройство импульсной РЛС разного уровня мощности с использованием широкой номенклатуры активных элементов и режимов их работы с высоким значением КПД, малыми нелинейными искажениями, простой реализацией и повышенной эксплуатационной надежностью.

Источники информации

1. Проектирование радиопередатчиков. Под редакцией В.В.Шахгильдяна. М., Радио и связь, 2003.

2. Патент РФ №40492 на полезную модель «Радиолокационный высокочастотный твердотельный монопередатчик среднего уровня мощности». МПК G01S 7/282. Заявка №2004114780 от 19.05.2004.